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JP7548232B2 - METHOD FOR MANUFACTURING SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents
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JP7548232B2 - METHOD FOR MANUFACTURING SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE Download PDF

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Description

本開示は、炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device and a silicon carbide semiconductor device.

本出願は、2019年7月17日出願の日本出願第2019-131803号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。This application claims priority to Japanese Application No. 2019-131803, filed on July 17, 2019, and incorporates by reference all of the contents of said Japanese application.

炭化珪素半導体装置の製造工程においては、ドレイン電極等を形成する際に、炭化珪素基板の表面にNi(ニッケル)膜を形成し、熱処理をすることにより、炭化珪素基板に含まれるSi(シリコン)とNiとにより合金化し、オーミック電極を形成する工程がある。In the manufacturing process of silicon carbide semiconductor devices, when forming a drain electrode, etc., there is a process in which a Ni (nickel) film is formed on the surface of the silicon carbide substrate and then heat-treated to alloy the Si (silicon) contained in the silicon carbide substrate with the Ni to form an ohmic electrode.

日本国特開2005-276978号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-276978 日本国特開2017-175115号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-175115 日本国特開2012-99598号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-99598

本開示の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板の一方の主面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールの底面において、前記炭化珪素基板の一方の主面を露出させる工程と、コンタクトホールの底面の上にSi膜を形成する工程と、を有する。更に、Si膜の上にNi膜を形成する工程と、前記Ni膜を形成する工程の後、NiとSiとが反応する第1の温度で第1の熱処理を行う工程と、第1の熱処理の後、ウェットエッチングにより、前記Ni膜のうち前記Si膜と反応していない未反応部を除去する工程と、前記未反応部を除去する工程の後、第1の温度よりも高い第2の温度で第2の熱処理を行う工程と、を有する。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device disclosed herein includes the steps of preparing a silicon carbide substrate, forming an insulating film on one main surface of the silicon carbide substrate, forming a contact hole in the insulating film and exposing one main surface of the silicon carbide substrate at the bottom of the contact hole, and forming a Si film on the bottom of the contact hole. The method further includes the steps of forming a Ni film on the Si film, performing a first heat treatment at a first temperature at which Ni and Si react after the Ni film forming step, removing an unreacted portion of the Ni film that has not reacted with the Si film by wet etching after the first heat treatment, and performing a second heat treatment at a second temperature higher than the first temperature after the unreacted portion removing step.

図1は、半導体装置の製造方法の説明図(1)である。FIG. 1 is an explanatory diagram (1) of a method for manufacturing a semiconductor device. 図2は、半導体装置の製造方法の説明図(2)である。FIG. 2 is an explanatory diagram (2) of the method for manufacturing a semiconductor device. 図3は、半導体装置の製造方法の説明図(3)である。FIG. 3 is an explanatory diagram (3) of the method for manufacturing a semiconductor device. 図4は、半導体装置の製造方法の説明図(4)である。FIG. 4 is an explanatory diagram (4) of the method for manufacturing a semiconductor device. 図5は、半導体装置の製造方法の説明図(5)である。FIG. 5 is an explanatory diagram (5) of the method for manufacturing a semiconductor device. 図6は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図7は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(1)である。FIG. 7 is an explanatory diagram (1) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図8は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(2)である。FIG. 8 is an explanatory diagram (2) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図9は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(3)である。FIG. 9 is an explanatory diagram (3) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図10は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(4)である。FIG. 10 is an explanatory diagram (4) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図11は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(5)である。FIG. 11 is an explanatory diagram (5) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図12は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(6)である。FIG. 12 is an explanatory diagram (6) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図13は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(7)である。FIG. 13 is an explanatory diagram (7) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図14は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(8)である。FIG. 14 is an explanatory diagram (8) of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図15は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の変形例1の製造方法の説明図(1)である。FIG. 15 is an explanatory diagram (1) of the manufacturing method of the modified example 1 of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図16は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の変形例1の製造方法の説明図(2)である。FIG. 16 is an explanatory diagram (2) of the manufacturing method of the modified example 1 of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図17は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の変形例2の製造方法の説明図(1)である。FIG. 17 is an explanatory diagram (1) of the manufacturing method of the modified example 2 of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図18は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の変形例2の製造方法の説明図(2)である。FIG. 18 is an explanatory diagram (2) of the manufacturing method of the modified example 2 of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図19は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の変形例3の製造方法の説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the semiconductor device according to the third modification of the first embodiment of the present disclosure. 図20は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. 図21は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(1)である。FIG. 21 is an explanatory diagram (1) of the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図22は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(2)である。FIG. 22 is an explanatory diagram (2) of the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図23は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(3)である。FIG. 23 is an explanatory diagram (3) of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図24は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(4)である。FIG. 24 is an explanatory diagram (4) of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図25は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(5)である。FIG. 25 is an explanatory diagram (5) of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図26は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(6)である。FIG. 26 is an explanatory diagram (6) of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図27は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図(7)である。FIG. 27 is an explanatory diagram (7) of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図28は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の変形例の製造方法の説明図(1)である。FIG. 28 is an explanatory diagram (1) of a manufacturing method of a modified example of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図29は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の変形例の製造方法の説明図(2)である。FIG. 29 is an explanatory diagram (2) of a manufacturing method of a modified example of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図30は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の変形例の製造方法の説明図(3)である。FIG. 30 is an explanatory diagram (3) of a manufacturing method of a modified example of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure. 図31は、本開示の第2の実施形態の半導体装置の変形例の製造方法の説明図(4)である。FIG. 31 is an explanatory diagram (4) of a manufacturing method of a modified example of the semiconductor device according to the second embodiment of the present disclosure.

[本開示が解決しようとする課題]
炭化珪素基板は、Siの他にC(炭素)が含まれているため、炭化珪素に含まれるSiがNiとの合金化に用いられると、未反応のCが生じ、この未反応のCが合金化されたオーミック電極の表面等に析出する場合がある。このように、オーミック電極の表面にCが析出すると、オーミック電極の上に、金属配線層を形成した際に、信頼性の低下等を招くおそれがある。
[Problem to be solved by this disclosure]
Since silicon carbide substrates contain C (carbon) in addition to Si, when the Si contained in silicon carbide is used for alloying with Ni, unreacted C is generated, and this unreacted C may precipitate on the surface of the alloyed ohmic electrode, etc. If C precipitates on the surface of the ohmic electrode in this way, there is a risk of causing a decrease in reliability, etc., when a metal wiring layer is formed on the ohmic electrode.

このため、オーミック電極の表面に炭素が析出することなく、オーミック電極を形成できる炭化珪素半導体装置の製造方法が求められている。For this reason, there is a demand for a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that can form an ohmic electrode without carbon being deposited on the surface of the ohmic electrode.

[本開示の効果]
本開示によれば、炭化珪素基板の表面にオーミック電極を形成する際に、炭素がオーミック電極の表面に析出することを抑制できる。
[Effects of the present disclosure]
According to the present disclosure, when an ohmic electrode is formed on a surface of a silicon carbide substrate, precipitation of carbon on the surface of the ohmic electrode can be suppressed.

実施するための形態について、以下に説明する。 The form of implementation is described below.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure will be described. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the same description thereof will not be repeated.

〔1〕 本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、前記炭化珪素基板の一方の主面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールの底面において、前記炭化珪素基板の一方の主面を露出させる工程と、前記コンタクトホールの底面の上にSi膜を形成する工程と、前記Si膜の上にNi膜を形成する工程と、前記Ni膜を形成する工程の後、NiとSiとが反応する第1の温度で第1の熱処理を行う工程と、前記第1の熱処理の後、ウェットエッチングにより、前記Ni膜のうち前記Si膜と反応していない未反応部を除去する工程と、前記未反応部を除去する工程の後、前記第1の温度よりも高い第2の温度で第2の熱処理を行う工程と、を有する。 [1] A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a silicon carbide substrate, forming an insulating film on one main surface of the silicon carbide substrate, forming a contact hole in the insulating film and exposing one main surface of the silicon carbide substrate at a bottom surface of the contact hole, forming a Si film on the bottom surface of the contact hole, forming a Ni film on the Si film, performing a first heat treatment at a first temperature at which Ni and Si react after the Ni film forming step, removing an unreacted portion of the Ni film that has not reacted with the Si film by wet etching after the first heat treatment, and performing a second heat treatment at a second temperature higher than the first temperature after the unreacted portion removing step.

これにより、オーミック電極の表面において炭素を析出させることなく、炭化珪素基板の表面にオーミック電極を形成できる。This allows an ohmic electrode to be formed on the surface of the silicon carbide substrate without precipitating carbon on the surface of the ohmic electrode.

〔2〕 前記コンタクトホールの底面の上にSi膜を形成する工程は、前記コンタクトホールの底面及び側面と、前記絶縁膜の上面とに第1Si膜を形成する工程と、前記第1Si膜を形成する工程の後、少なくとも前記絶縁膜の上面の前記第1Si膜をドライエッチングにより除去する工程と、を有する。[2] The process of forming a Si film on the bottom surface of the contact hole includes a process of forming a first Si film on the bottom and side surfaces of the contact hole and on the upper surface of the insulating film, and after the process of forming the first Si film, a process of removing at least the first Si film on the upper surface of the insulating film by dry etching.

これにより、ニッケルシリサイドの反応前駆体が形成される領域が決定される。一般的にドライエッチングが難しいNiではドライエッチングによる微細加工ができないが、第1Si膜をドライエッチングすることにより、ニッケルシリサイドの反応前駆体をドライエッチングと同等の微細加工精度で形成できる。This determines the area where the nickel silicide reaction precursor is formed. Ni is generally difficult to dry etch, so microfabrication by dry etching is not possible, but by dry etching the first Si film, the nickel silicide reaction precursor can be formed with the same microfabrication precision as dry etching.

〔3〕 前記第1の温度は、200℃以上、400℃以下である。[3] The first temperature is greater than or equal to 200°C and less than or equal to 400°C.

これにより、ニッケルシリサイドの反応前駆体層を形成できる。This allows a reactive precursor layer of nickel silicide to be formed.

〔4〕 前記第2の温度は、800℃以上、1100℃以下である。[4] The second temperature is greater than or equal to 800°C and less than or equal to 1100°C.

これにより、反応前駆体層により、炭化珪素基板の主面と接触している部分にオーミック電極を形成できる。This allows the reactive precursor layer to form an ohmic electrode in the portion that is in contact with the main surface of the silicon carbide substrate.

〔5〕 前記コンタクトホールの底面における前記Si膜の膜厚は、5nm以上、100nm以下である。[5] The thickness of the Si film at the bottom of the contact hole is 5 nm or more and 100 nm or less.

Si膜が5nmより薄いと、面内の局所ばらつきが、数nmのばらつきであっても、影響を無視することができず、プロセスを制御しにくくなる。また、膜厚が100nmより厚くなると、Ni膜との反応するには量が多くなりすぎ、不均一な反応前駆体ができてしまうからである。If the Si film is thinner than 5 nm, the effect of local variations within the surface, even variations of a few nm, cannot be ignored, making it difficult to control the process. Also, if the film thickness is thicker than 100 nm, the amount becomes too large to react with the Ni film, resulting in non-uniform reaction precursors.

〔6〕 前記コンタクトホールの底面における前記Ni膜の膜厚は、5nm以上、100nm以下である。[6] The thickness of the Ni film at the bottom of the contact hole is 5 nm or more and 100 nm or less.

Ni膜が5nmより薄いと、面内の局所ばらつきが、数nmのばらつきであっても、影響を無視することができず、プロセスを制御しにくくなる。また、膜厚が100nmより厚くなると、Si膜との反応するには量が多くなりすぎ、不均一な反応前駆体ができてしまうからである。If the Ni film is thinner than 5 nm, the effect of local variations within the surface, even variations of a few nm, cannot be ignored, making it difficult to control the process. Also, if the film thickness is thicker than 100 nm, the amount becomes too large to react with the Si film, resulting in non-uniform reaction precursors.

〔7〕 前記Si膜は、前記コンタクトホールの側面にも形成されている。 [7] The Si film is also formed on the side of the contact hole.

一般にドライエッチングは垂直方向にエッチングレートが早く、横方向のエッチングレートが遅いため、コンタクトホールの底面だけ残そうとしても、側面にも残ることがある。もちろんプロセスを工夫することで除去することも可能である。 Generally, dry etching has a fast etching rate in the vertical direction and a slow etching rate in the horizontal direction, so even if you try to leave only the bottom of the contact hole, some of it may remain on the sides as well. Of course, it is possible to remove it by innovating the process.

〔8〕 前記Si膜の上に前記Ni膜が形成された状態の前記コンタクトホールの底面において、前記Si膜に含まれる厚さ方向に積算される単位面積当たりのSi原子の数をNSi、前記Ni膜に含まれる厚さ方向に積算される単位面積当たりのNi原子の数をNNiとしたとき、NNi≧NSi/2の関係が成り立つ。 [8] At the bottom of the contact hole with the Ni film formed on the Si film, when the number of Si atoms contained in the Si film per unit area accumulated in the thickness direction is N Si and the number of Ni atoms contained in the Ni film per unit area accumulated in the thickness direction is N Ni N Si /2 holds.

炭化珪素とニッケル単体を反応させたときオーミック電極を作ったとき、NiSiが主成分として形成される。本実施形態において反応前駆体をこの組成に合わせるために原子数をNi:Si=2:1に合わせる必要がある。また、この組成からNiの量を増やすことで炭化珪素との反応性がよくなる。逆にこの組成からNiが減ると、Niが不足気味になり炭化珪素と反応しにくくなるからである。 When silicon carbide and nickel alone are reacted to create an ohmic electrode, Ni 2 Si is formed as the main component. In this embodiment, in order to match the reaction precursor to this composition, it is necessary to adjust the atomic number to Ni:Si=2:1. In addition, by increasing the amount of Ni from this composition, the reactivity with silicon carbide is improved. Conversely, if the amount of Ni is reduced from this composition, Ni becomes insufficient and it becomes difficult to react with silicon carbide.

〔9〕 主面を有する炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の主面上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールと、前記コンタクトホールの底面の一部に設けられ、前記炭化珪素基板と接触している第1の電極と、前記コンタクトホールの側面に、前記第1の電極から離れて設けられた第2の電極と、を有し、前記第1の電極は、SiとNiとを含み、前記炭化珪素基板とオーミックコンタクトしている。[9] A semiconductor device comprising: a silicon carbide substrate having a main surface; an insulating film provided on the main surface of the silicon carbide substrate; a contact hole provided in the insulating film; a first electrode provided on a portion of a bottom surface of the contact hole and in contact with the silicon carbide substrate; and a second electrode provided on a side surface of the contact hole, spaced apart from the first electrode, wherein the first electrode contains Si and Ni and is in ohmic contact with the silicon carbide substrate.

コンタクトホール底面に必要最小限の範囲でオーミック電極を形成し、不要な箇所には形成しないことができる。特にコンタクトホールの側面はエッチングダメージが残りやすいため、第2の電極をバリア膜として活用できる。またコンタクトホールの底面と、コンタクトホールの側面の電極を分離することで、基板や絶縁膜にかかる応力を緩和できるからである。 An ohmic electrode can be formed on the bottom of the contact hole to the minimum extent necessary, and not formed in unnecessary areas. Since the sides of the contact hole are particularly susceptible to etching damage, the second electrode can be used as a barrier film. In addition, by separating the electrodes on the bottom and sides of the contact hole, the stress on the substrate and insulating film can be alleviated.

〔10〕 前記コンタクトホールの底面において、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離は、0.1μm以上、1μm以下である。[10] At the bottom of the contact hole, the distance between the first electrode and the second electrode is 0.1 μm or more and 1 μm or less.

0.1μmより短いと加工精度の問題により局所的に分離できない箇所が発生し始める。また1μm以下であれば一般的な加工精度のばらつきでマージンをもって対応できるし、1μmを超えるとデバイスの抵抗が高くなるからである。If it is shorter than 0.1 μm, problems with processing accuracy will occur and some areas will become unable to be separated locally. Also, if it is 1 μm or less, there is a margin for variation in general processing accuracy, but if it exceeds 1 μm, the resistance of the device will increase.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described in detail, but the present embodiment is not limited thereto.

〔第1の実施形態〕
最初に、炭化珪素半導体装置の製造方法において、炭化珪素基板の表面にオーミック電極を形成する工程について説明する。炭化珪素基板の表面に、オーミック電極を形成する際には、炭化珪素基板の表面に、スパッタリングによりNi膜を形成した後、ウェットエッチング等により、不要なNi膜を除去する。この後、加熱することにより、炭化珪素基板に含まれるSiとNiとを合金化させて、オーミック電極となるニッケルシリサイド膜を形成する。この際、Niとの合金化のために炭化珪素基板の表面のSiが奪われるため、未反応のCがニッケルシリサイド膜の表面に析出する。この後、スパッタリングによりAl膜を形成し配線層を形成した場合、オーミック電極となるニッケルシリサイド膜の表面にCが析出していると、Al膜が剥がれやすいため、信頼性の低下を招く。
First Embodiment
First, a process of forming an ohmic electrode on the surface of a silicon carbide substrate in a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device will be described. When forming an ohmic electrode on the surface of a silicon carbide substrate, a Ni film is formed on the surface of the silicon carbide substrate by sputtering, and then unnecessary Ni film is removed by wet etching or the like. Then, Si and Ni contained in the silicon carbide substrate are alloyed by heating to form a nickel silicide film that becomes an ohmic electrode. At this time, Si on the surface of the silicon carbide substrate is taken away due to alloying with Ni, and unreacted C precipitates on the surface of the nickel silicide film. Then, when an Al film is formed by sputtering to form a wiring layer, if C precipitates on the surface of the nickel silicide film that becomes an ohmic electrode, the Al film is easily peeled off, resulting in a decrease in reliability.

このための対策として様々な方法が検討されている。 Various methods are being considered to address this issue.

例えば、炭化珪素基板の表面に、NiとSiを含む膜を形成した後、所望の領域以外のNiとSiを含む膜を除去して、熱処理をする方法が考えられる。この方法では、NiとSiを含む膜のNiとSiとを合金化させ、オーミック電極を形成する。このため、オーミック電極を形成する際に、炭化珪素基板に含まれるSiが奪われることは殆どないため、Cの析出を極力防ぐことができる。For example, a method is considered in which a film containing Ni and Si is formed on the surface of a silicon carbide substrate, and then the film containing Ni and Si is removed from areas other than the desired area, followed by heat treatment. In this method, the Ni and Si in the film containing Ni and Si are alloyed to form an ohmic electrode. Therefore, when forming the ohmic electrode, almost no Si contained in the silicon carbide substrate is lost, and precipitation of C can be prevented as much as possible.

しかしながら、Niはドライエッチングによる除去が困難であり、Siはウェットエッチングによる除去が困難であるため、NiとSiを含む膜は、ドライエッチングでもウェットエッチングでも除去することが困難である。また、所望の領域にNiとSiを含む膜を形成する方法としては、リフトオフにより形成する方法が挙げられるが、リフトオフでは、剥離した膜が再付着する場合があり、信頼性の低下を招くため好ましくはない。However, because Ni is difficult to remove by dry etching and Si is difficult to remove by wet etching, a film containing Ni and Si is difficult to remove by either dry etching or wet etching. In addition, a method for forming a film containing Ni and Si in a desired region can be achieved by lift-off, but lift-off is not preferred because the peeled film may reattach, resulting in reduced reliability.

従って、炭化珪素基板の表面に、NiとSiを含む膜を形成して熱処理をする方法では、所望の領域以外の領域のNiとSiを含む膜を除去することは困難であるため、所望の領域にNiとSiを含む膜を残すことは容易ではない。Therefore, in a method of forming a film containing Ni and Si on the surface of a silicon carbide substrate and then performing a heat treatment, it is difficult to remove the film containing Ni and Si from areas other than the desired area, and therefore it is not easy to leave the film containing Ni and Si in the desired area.

また、上記以外の方法としては、レジスト等を用いることなくオーミック電極を形成する方法が考えられる。Another method that can be considered besides the above is to form an ohmic electrode without using a resist, etc.

具体的には、最初に、図1に示されるように、炭化珪素基板10の表面となる主面10aに、コンタクトホール21を有する層間絶縁膜となる絶縁膜20を形成し、コンタクトホール21及び絶縁膜20を覆うTiN膜30を形成する。この後、コンタクトホール21の底面21aのTiN膜30を除去することにより開口部30aを形成し、炭化珪素基板10の主面10aを露出させる。これにより、コンタクトホール21の側面21bの絶縁膜20及び絶縁膜20の上面20aは、TiN膜30により覆われる。Specifically, first, as shown in Figure 1, an insulating film 20 serving as an interlayer insulating film having a contact hole 21 is formed on the main surface 10a, which is the surface of the silicon carbide substrate 10, and a TiN film 30 is formed to cover the contact hole 21 and the insulating film 20. Thereafter, the TiN film 30 on the bottom surface 21a of the contact hole 21 is removed to form an opening 30a, exposing the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10. As a result, the insulating film 20 on the side surface 21b of the contact hole 21 and the upper surface 20a of the insulating film 20 are covered with the TiN film 30.

次に、図2に示されるように、スパッタリングによりNi膜40を形成する。これにより、コンタクトホール21の底面21aにおいて露出している炭化珪素基板10の主面10a、及び、TiN膜30の上に、Ni膜40が形成される。Next, as shown in Fig. 2, a Ni film 40 is formed by sputtering. As a result, the Ni film 40 is formed on the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 exposed at the bottom surface 21a of the contact hole 21 and on the TiN film 30.

次に、図3に示されるように、500℃~700℃の温度で熱処理をすることにより、炭化珪素基板10とNi膜40との界面において、NiとSiとが合金化したニッケルシリサイドの反応前駆体層41が形成される。尚、TiN膜30は、この熱処理において、Niが絶縁膜20に進入することを防ぐために設けられている。3, a heat treatment is performed at a temperature of 500°C to 700°C to form a reaction precursor layer 41 of nickel silicide in which Ni and Si are alloyed at the interface between the silicon carbide substrate 10 and the Ni film 40. The TiN film 30 is provided to prevent Ni from penetrating into the insulating film 20 during this heat treatment.

次に、図4に示されるように、Ni膜40を希塩酸や希硝酸を用いたウェットエッチングにより除去する。これにより、TiN膜30の開口部30aの炭化珪素基板10の主面10aには、反応前駆体層41が残る。Next, as shown in FIG. 4, the Ni film 40 is removed by wet etching using dilute hydrochloric acid or dilute nitric acid. As a result, a reaction precursor layer 41 remains on the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 in the opening 30a of the TiN film 30.

次に、図5に示すように、反応前駆体層41を約1000℃の温度で熱処理をすることにより、オーミック電極41aが形成される。Next, as shown in FIG. 5, the reaction precursor layer 41 is heat-treated at a temperature of approximately 1000°C to form an ohmic electrode 41a.

このように形成されるオーミック電極41aは、厚さが数nmと極めて薄いため、この後の工程において、配線層を形成する際の逆スパッタリングにより、オーミック電極41aが除去されてしまう場合がある。また、この方法では、オーミック電極41aの表面に未反応のCが析出してしまう。The ohmic electrode 41a thus formed is extremely thin, with a thickness of only a few nm, so that in the subsequent process, the ohmic electrode 41a may be removed by reverse sputtering when forming the wiring layer. In addition, with this method, unreacted C precipitates on the surface of the ohmic electrode 41a.

(半導体装置の製造方法)
次に、第1の実施形態における半導体装置の製造方法について、図6から図14に基づき説明する。図6は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャートである。図7~図14は、本開示の第1の実施形態の半導体装置の製造方法の工程図である。
(Method of manufacturing a semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to Fig. 6 to Fig. 14. Fig. 6 is a flowchart of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure. Figs. 7 to 14 are process diagrams of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure.

最初に、図7に示されるように、一方の主面10aと、他方の主面10bとを有する炭化珪素基板10を準備し(ステップS1)、炭化珪素基板10の一方の主面10aに、層間絶縁膜となる膜厚が0.8μmの絶縁膜20をCVD(chemical vapor deposition)法により形成する(ステップS2)。絶縁膜20は、酸化シリコンにより形成されている。First, as shown in Fig. 7, a silicon carbide substrate 10 having one main surface 10a and the other main surface 10b is prepared (step S1), and an insulating film 20 having a thickness of 0.8 μm, which will be an interlayer insulating film, is formed on one main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 by a chemical vapor deposition (CVD) method (step S2). The insulating film 20 is made of silicon oxide.

次に、図8に示されるように、絶縁膜20にコンタクトホール21を形成する(ステップS3)。具体的には、絶縁膜20の上面20aに、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光及び現像を行うことにより、コンタクトホール21が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の絶縁膜20を除去し、炭化珪素基板10の主面10aを露出させることによりコンタクトホール21を形成する。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。これにより、底面21aが炭化珪素基板10の主面10aとなり、側面21bが絶縁膜20となるコンタクトホール21が形成される。8, contact holes 21 are formed in the insulating film 20 (step S3). Specifically, a photoresist is applied to the upper surface 20a of the insulating film 20, and exposure and development are performed using an exposure device to form a resist pattern (not shown) having an opening in the area where the contact hole 21 is to be formed. After that, the insulating film 20 in the area where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching), and the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 is exposed to form the contact hole 21. After that, the resist pattern (not shown) is removed by an organic solvent or the like. As a result, the contact hole 21 is formed such that the bottom surface 21a becomes the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 and the side surface 21b becomes the insulating film 20.

次に、図9に示されるように、コンタクトホール21の底面21a及び側面21b、絶縁膜20の上面20aを覆うSi膜130をスパッタリングにより形成する(ステップS4)。形成されるSi膜130の膜厚t1は、5nm以上、100nm以下である。Si膜130の膜厚t1は、Si膜130のうちコンタクトホール21の底面21aにおける厚さである。9, a Si film 130 is formed by sputtering to cover the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21 and the top surface 20a of the insulating film 20 (step S4). The thickness t1 of the Si film 130 is 5 nm or more and 100 nm or less. The thickness t1 of the Si film 130 is the thickness of the Si film 130 at the bottom surface 21a of the contact hole 21.

次に、図10に示されるように、絶縁膜20の上面20aのSi膜130を除去する(ステップS5)。具体的には、コンタクトホール21の底面21aを覆う不図示のレジストパターンを形成し、RIE等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域のSi膜130を除去する。エッチングガスには、フッ素系、または、塩素系のエッチングガスを用いる。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。これにより、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bを覆うSi膜130が残る。RIE等のドライエッチングは、異方性を有するエッチングである。このため、レジストパターンの形成されていない領域の絶縁膜20の上面20aのSi膜130が完全に除去されても、コンタクトホール21の側面21bを覆うSi膜130は、完全には除去することはできず薄く残る。10, the Si film 130 on the upper surface 20a of the insulating film 20 is removed (step S5). Specifically, a resist pattern (not shown) is formed to cover the bottom surface 21a of the contact hole 21, and the Si film 130 in the area where the resist pattern is not formed is removed by dry etching such as RIE. A fluorine-based or chlorine-based etching gas is used as the etching gas. After that, the resist pattern is removed by an organic solvent or the like. As a result, the Si film 130 covering the bottom surface 21a and the side surface 21b of the contact hole 21 remains. Dry etching such as RIE is anisotropic etching. Therefore, even if the Si film 130 on the upper surface 20a of the insulating film 20 in the area where the resist pattern is not formed is completely removed, the Si film 130 covering the side surface 21b of the contact hole 21 cannot be completely removed and remains thin.

次に、図11に示されるように、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bにおけるSi膜130の上、絶縁膜20の上面20aに、Ni膜140をスパッタリングにより形成する(ステップS6)。形成されるNi膜140の膜厚t2は、5nm以上、100nm以下である。Ni膜140の膜厚t2は、Ni膜140のうちコンタクトホール21の底面21aにおける厚さである。Si膜130及びNi膜140は、コンタクトホール21の底面21aにおいて、Si膜130に含まれる厚さ方向に積算される単位面積当たりのSi原子の数をNSi、Ni膜140に含まれる厚さ方向に積算される単位面積当たりのNi原子の数をNNiとしたとき、NNi≧NSi/2の関係が成り立つような膜厚で形成する。尚、厚さ方向とは、Si膜130及びNi膜140の膜厚方向を意味するものとし、Si膜130及びNi膜140の膜面に対し垂直な方向である。 11, a Ni film 140 is formed by sputtering on the Si film 130 on the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21 and on the upper surface 20a of the insulating film 20 (step S6). The thickness t2 of the Ni film 140 is 5 nm or more and 100 nm or less. The thickness t2 of the Ni film 140 is the thickness of the Ni film 140 on the bottom surface 21a of the contact hole 21. The Si film 130 and the Ni film 140 are formed to a thickness such that the relationship N Ni ≧N Si /2 is satisfied, where N Si is the number of Si atoms per unit area included in the Si film 130 integrated in the thickness direction, and N Ni is the number of Ni atoms per unit area included in the Ni film 140 integrated in the thickness direction, on the bottom surface 21a of the contact hole 21. The thickness direction refers to the film thickness direction of the Si film 130 and the Ni film 140 , and is a direction perpendicular to the film surfaces of the Si film 130 and the Ni film 140 .

次に、図12に示されるように、200℃以上、400℃以下、例えば、約350℃の温度で第1の熱処理を行う(ステップS7)。これにより、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bにおけるSi膜130のSiとNi膜140のNiとが反応しニッケルシリサイドの反応前駆体層141が形成される。第1の熱処理における温度は、SiとNiとは反応するが、SiCに含まれるSiとNiとは反応しない温度である。本願においては、この温度を第1の温度と記載する場合がある。Ni膜140は、絶縁膜20の上面20aにも形成されているが、この工程の熱処理の温度である約350℃では、Ni膜140に含まれるNiが、絶縁膜20の内部に進入することはない。第1の温度は炭化珪素基板10の温度である。例えば、第1の熱処理は炉を用いて行われ、炭化珪素基板10の温度は炉内温度と実質的に等しい。12, a first heat treatment is performed at a temperature of 200°C or more and 400°C or less, for example, about 350°C (step S7). As a result, the Si of the Si film 130 on the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21 reacts with the Ni of the Ni film 140 to form a reaction precursor layer 141 of nickel silicide. The temperature in the first heat treatment is a temperature at which Si reacts with Ni but Si and Ni contained in SiC do not react with each other. In the present application, this temperature may be referred to as the first temperature. The Ni film 140 is also formed on the upper surface 20a of the insulating film 20, but at the heat treatment temperature of this step, about 350°C, the Ni contained in the Ni film 140 does not penetrate into the insulating film 20. The first temperature is the temperature of the silicon carbide substrate 10. For example, the first heat treatment is performed using a furnace, and the temperature of the silicon carbide substrate 10 is substantially equal to the temperature in the furnace.

次に、図13に示されるように、ウェットエッチングにより、絶縁膜20の上面20aの未反応のNi膜140、すなわちNi膜140のうちSi膜130と反応していない部分を除去する(ステップS8)。これにより、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bには、反応前駆体層141が残る。13, the unreacted Ni film 140 on the upper surface 20a of the insulating film 20, i.e., the portion of the Ni film 140 that has not reacted with the Si film 130, is removed by wet etching (step S8). As a result, a reaction precursor layer 141 remains on the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21.

次に、図14に示されるように、800℃以上、1100℃以下、例えば、約1000℃の温度で第2の熱処理を行うことにより(ステップS9)、反応前駆体層141により、電極層142を形成する。電極層142は、炭化珪素基板10の主面10aとオーミック接触するオーミック領域142aを含む。オーミック領域142aはオーミック電極として機能し得る。この工程における温度は、第1の温度よりも高く、SiCに含まれるSiとNiとが反応する温度である。本願においては、この熱処理の工程の温度を第2の温度と記載する場合がある。第2の温度は炭化珪素基板10の温度である。例えば、第2の熱処理は炉を用いて行われ、炭化珪素基板10の温度は炉内温度と実質的に等しい。14, the electrode layer 142 is formed from the reaction precursor layer 141 by performing a second heat treatment at a temperature of 800°C or more and 1100°C or less, for example, about 1000°C (step S9). The electrode layer 142 includes an ohmic region 142a that is in ohmic contact with the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10. The ohmic region 142a can function as an ohmic electrode. The temperature in this step is higher than the first temperature and is a temperature at which Si and Ni contained in SiC react. In the present application, the temperature of this heat treatment step may be described as the second temperature. The second temperature is the temperature of the silicon carbide substrate 10. For example, the second heat treatment is performed using a furnace, and the temperature of the silicon carbide substrate 10 is substantially equal to the temperature in the furnace.

電極層142において、オーミック領域142aでは、炭化珪素基板10に含まれていたSiが進入している。In the electrode layer 142, Si contained in the silicon carbide substrate 10 penetrates into the ohmic region 142a.

本実施形態では、電極層142のオーミック領域142aを形成しているニッケルシリサイドは、殆どがSi膜130に含まれるSiと、Ni膜140に含まれるNiとにより形成されている。このため、第2の熱処理において、オーミック領域142aを形成する際には、反応前駆体層141に含まれる未反応の僅かなNiが、炭化珪素基板10から供給されるSiと反応する。このため、炭化珪素基板10から供給されるSiの量は僅かである。よって、未反応のCが生成される量も僅かであるため、電極層142の表面にCが析出することは殆どない。従って、電極層142の上にAl等の配線層を形成しても、電極層142の表面より剥がれることはない。尚、配線層は、TiNとAlとを順で積層した膜であってもよい。In this embodiment, the nickel silicide forming the ohmic region 142a of the electrode layer 142 is mostly formed of Si contained in the Si film 130 and Ni contained in the Ni film 140. Therefore, when forming the ohmic region 142a in the second heat treatment, a small amount of unreacted Ni contained in the reaction precursor layer 141 reacts with Si supplied from the silicon carbide substrate 10. Therefore, the amount of Si supplied from the silicon carbide substrate 10 is small. Therefore, since the amount of unreacted C generated is also small, C is hardly precipitated on the surface of the electrode layer 142. Therefore, even if a wiring layer such as Al is formed on the electrode layer 142, it will not peel off from the surface of the electrode layer 142. The wiring layer may be a film in which TiN and Al are stacked in order.

また、本実施形態においては、図1に示されるようなTiN膜の形成が不要となるため、炭化珪素半導体装置を製造する際の製造工程の工程数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。 In addition, in this embodiment, since there is no need to form a TiN film as shown in Figure 1, the number of manufacturing steps when manufacturing a silicon carbide semiconductor device can be reduced, thereby reducing costs.

また、本実施形態においては、図11に示される状態では、コンタクトホール21の側面21bは、Si膜130により覆われているため、コンタクトホール21の側面21bを形成する酸化シリコンとNi膜140とは直接接触していない。よって、約1000℃の温度で第2の熱処理を行っても、絶縁膜20にNiが進入することはなく、絶縁膜20が劣化することはない。尚、酸化シリコンにより形成された絶縁膜にNi膜が直接接触している場合には、加熱温度が500℃程度で、絶縁膜にNiが進入するため、絶縁膜が劣化する。11, the side surface 21b of the contact hole 21 is covered with the Si film 130, and therefore the silicon oxide forming the side surface 21b of the contact hole 21 is not in direct contact with the Ni film 140. Therefore, even if the second heat treatment is performed at a temperature of about 1000°C, Ni does not penetrate into the insulating film 20, and the insulating film 20 does not deteriorate. Note that if the Ni film is in direct contact with the insulating film formed of silicon oxide, Ni penetrates into the insulating film at a heating temperature of about 500°C, and the insulating film deteriorates.

(変形例)
次に、本実施形態の変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modification of this embodiment will be described.

本変形例は、図9に示す工程の後、Si膜130の上に形成される不図示のレジストパターンの大きさを変えることにより、残存するSi膜130の大きさを変えたものである。In this modified example, after the process shown in FIG. 9, the size of the remaining Si film 130 is changed by changing the size of the resist pattern (not shown) formed on the Si film 130.

例えば、図9に示す工程(ステップS4)の後、図15に示されるように、コンタクトホール21の底面21aよりも狭い領域のSi膜130の上に、レジストパターン151を形成し、レジストパターン151の形成されていない領域のSi膜130を除去する。この後、上記と同様の工程(ステップS5~S9)を行うことにより、図16に示されるように、コンタクトホール21の底面21aと接する第1の電極142bと、コンタクトホール21の側面21bと接する第2の電極142cとが、互いから離れて形成される。即ち、コンタクトホール21の底面21aにおいて、第1の電極142bと第2の電極142cとが互いから離れて形成される。第1の電極142bと第2の電極142cとの間の距離Lは、0.1μm以上、1μm以下が好ましい。尚、図16に示されるように、絶縁膜20の上面20aには、絶縁膜20と接触するNi膜は存在してはいない。For example, after the process shown in FIG. 9 (step S4), as shown in FIG. 15, a resist pattern 151 is formed on the Si film 130 in an area narrower than the bottom surface 21a of the contact hole 21, and the Si film 130 in the area where the resist pattern 151 is not formed is removed. After that, by performing the same process (steps S5 to S9) as above, as shown in FIG. 16, the first electrode 142b in contact with the bottom surface 21a of the contact hole 21 and the second electrode 142c in contact with the side surface 21b of the contact hole 21 are formed apart from each other. That is, the first electrode 142b and the second electrode 142c are formed apart from each other on the bottom surface 21a of the contact hole 21. The distance L between the first electrode 142b and the second electrode 142c is preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less. As shown in FIG. 16, the Ni film does not exist on the upper surface 20 a of the insulating film 20 in contact with the insulating film 20 .

尚、第1の電極142bには炭化珪素基板10に含まれるSiが進入しており、第1の電極142bはオーミック電極として機能し得る。第2の電極142cは、炭化珪素基板10に含まれるSiが進入したオーミック領域142dを、炭化珪素基板10の主面10aの近傍に含み、オーミック領域142dはオーミック電極として機能し得る。第2の電極142cにおいて、オーミック領域142dよりも炭化珪素基板10の主面10aから離れた部分ではSiの進入はない。従って、第2の電極142cは、第1の電極142bよりも、含まれるSiの少ない部分が存在しており、よって、第2の電極142cには、第1の電極142bよりもSiの濃度の低い部分が存在している。 The first electrode 142b is permeated with Si contained in the silicon carbide substrate 10, and the first electrode 142b can function as an ohmic electrode. The second electrode 142c includes an ohmic region 142d, into which Si contained in the silicon carbide substrate 10 has permeated, in the vicinity of the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10, and the ohmic region 142d can function as an ohmic electrode. In the second electrode 142c, there is no permeation of Si in a portion farther from the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 than the ohmic region 142d. Therefore, the second electrode 142c has a portion containing less Si than the first electrode 142b, and therefore, the second electrode 142c has a portion with a lower concentration of Si than the first electrode 142b.

第1の電極142bが形成される際には、炭化珪素基板10より僅かにSiが進入するため、これに伴い、炭化珪素基板10に含まれる未反応のCも第1の電極142bに進入する。これに対し、第2の電極142cにおいては、炭化珪素基板10の主面10aの近傍では、未反応のCが進入する場合はあるが、第2の電極142cにおいて、炭化珪素基板10の主面10aから離れた部分では、未反応のCが進入することはない。従って、第2の電極142cには、Cを含まない領域が存在しており、よって、第1の電極142bのCの濃度よりも低い濃度の領域が存在している。When the first electrode 142b is formed, a small amount of Si penetrates from the silicon carbide substrate 10, and as a result, unreacted C contained in the silicon carbide substrate 10 also penetrates into the first electrode 142b. In contrast, in the second electrode 142c, unreacted C may penetrate near the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10, but unreacted C does not penetrate into the portion of the second electrode 142c away from the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10. Therefore, there is a region in the second electrode 142c that does not contain C, and therefore there is a region with a lower concentration of C than the first electrode 142b.

また、図9に示す工程(ステップS4)の後、図17に示されるように、コンタクトホール21の底面21aよりも広い領域のSi膜130の上に、レジストパターン152を形成し、レジストパターン152の形成されていない領域のSi膜130を除去する。この後、上記と同様の工程(ステップS5~S9)を行うことにより、図18に示されるように、電極層142は、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bと、コンタクトホール21の近傍の絶縁膜20の上面20aに形成される。9 (step S4), a resist pattern 152 is formed on the Si film 130 in an area wider than the bottom surface 21a of the contact hole 21, as shown in Fig. 17, and the Si film 130 in the area where the resist pattern 152 is not formed is removed. After that, by performing the same processes (steps S5 to S9) as described above, the electrode layer 142 is formed on the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21 and the upper surface 20a of the insulating film 20 near the contact hole 21, as shown in Fig. 18.

また、図15に示されるように、コンタクトホール21の底面21aよりも狭い領域のSi膜130の上に、レジストパターン151を形成し、等方性のドライエッチングによりレジストパターン151が形成されていない領域のSi膜130を除去してもよい。この場合には、Si膜130は、側面21bには形成されず、コンタクトホール21の底面21aに形成されるため、図19に示すように、コンタクトホール21の底面21aにのみオーミック電極となる電極層142が形成される。15, a resist pattern 151 may be formed on the Si film 130 in an area narrower than the bottom surface 21a of the contact hole 21, and the Si film 130 in the area where the resist pattern 151 is not formed may be removed by isotropic dry etching. In this case, the Si film 130 is not formed on the side surface 21b, but is formed on the bottom surface 21a of the contact hole 21, so that an electrode layer 142 serving as an ohmic electrode is formed only on the bottom surface 21a of the contact hole 21, as shown in FIG.

(半導体装置)
次に、第1の実施形態における半導体装置の一例について説明する。本実施形態における半導体装置は、図20に示されるように、例えば、縦型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。具体的には、本実施形態における半導体装置は、炭化珪素基板10と、電極層142と、配線層70と、ゲート絶縁膜25と、ゲート電極71とを有し、ゲート電極71は、層間絶縁膜となる絶縁膜20に覆われている。炭化珪素基板10は、第1のn層11、第2のn層12、pボディ層13、nソース領域14、p領域18を有する。第1のn層11及びnソース領域14は、第2のn層12よりも多く不純物元素がドープされている。p領域18は、pボディ層13よりも多くの不純物元素がドープされている。
(Semiconductor device)
Next, an example of the semiconductor device in the first embodiment will be described. As shown in FIG. 20, the semiconductor device in this embodiment is, for example, a vertical MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Specifically, the semiconductor device in this embodiment has a silicon carbide substrate 10, an electrode layer 142, a wiring layer 70, a gate insulating film 25, and a gate electrode 71, and the gate electrode 71 is covered with an insulating film 20 that serves as an interlayer insulating film. The silicon carbide substrate 10 has a first n-layer 11, a second n-layer 12, a p-body layer 13, an n-source region 14, and a p-region 18. The first n-layer 11 and the n-source region 14 are doped with more impurity elements than the second n-layer 12. The p-region 18 is doped with more impurity elements than the p-body layer 13.

電極層142は、本実施形態における製造方法により製造されており、炭化珪素基板10の一方の主面10a(図中の上面)上において、nソース領域14にオーミックコンタクトしている。電極層142の厚さは、例えば、100~200nm程度である。電極層142の上及び絶縁膜20の上面20aには、配線層70が形成されている。The electrode layer 142 is manufactured by the manufacturing method of this embodiment, and is in ohmic contact with the n-source region 14 on one main surface 10a (the upper surface in the figure) of the silicon carbide substrate 10. The thickness of the electrode layer 142 is, for example, about 100 to 200 nm. A wiring layer 70 is formed on the electrode layer 142 and on the upper surface 20a of the insulating film 20.

ゲート電極71は、炭化珪素基板10の一方の主面10a(図中の上面)上にゲート絶縁膜25を介して設けられており、pボディ層13の表面側であるチャネル領域13aに対向している。また炭化珪素基板10の他方の主面10b(図中の下面)上にはドレイン電極72が設けられている。The gate electrode 71 is provided on one main surface 10a (upper surface in the figure) of the silicon carbide substrate 10 via a gate insulating film 25, and faces the channel region 13a, which is the surface side of the p-body layer 13. A drain electrode 72 is provided on the other main surface 10b (lower surface in the figure) of the silicon carbide substrate 10.

本実施形態によれば、電極層142より配線層70が剥離しにくい縦型MOSFETを得ることができる。According to this embodiment, a vertical MOSFET can be obtained in which the wiring layer 70 is less likely to peel off from the electrode layer 142.

尚、炭化珪素基板10のドレイン電極72に面する側にpコレクタ層を形成することにより、縦型MOSFETの代わりに縦型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)としてもよい。また炭化珪素基板に形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋め込まれる構造(トレンチゲート構造)であってもよい。In addition, a vertical IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be formed instead of a vertical MOSFET by forming a p-collector layer on the side of the silicon carbide substrate 10 facing the drain electrode 72. Also, a structure (trench gate structure) in which a gate electrode is embedded in a trench formed in the silicon carbide substrate via a gate insulating film may be used.

〔第2の実施形態〕
次に、第2の実施形態における半導体装置の製造方法について、図21から図27に基づき説明する。
Second Embodiment
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

最初に、図21に示されるように、炭化珪素基板10の主面10aに、コンタクトホール21を有する絶縁膜20を形成し、コンタクトホール21及び絶縁膜20を覆うTiN膜120をスパッタリングにより形成する。この後、コンタクトホール21の底面21aに形成されているTiN膜120を一部除去し、炭化珪素基板10の主面10aを露出させる。尚、形成されるTiN膜120の膜厚は、10nm以上、200nm以下である。First, as shown in FIG. 21, an insulating film 20 having a contact hole 21 is formed on the main surface 10a of a silicon carbide substrate 10, and a TiN film 120 covering the contact hole 21 and the insulating film 20 is formed by sputtering. After that, a part of the TiN film 120 formed on the bottom surface 21a of the contact hole 21 is removed to expose the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10. The thickness of the formed TiN film 120 is 10 nm or more and 200 nm or less.

次に、図22に示されるように、露出している炭化珪素基板10の主面10a、TiN膜120の上に、スパッタリングによりSi膜130を形成する。Next, as shown in FIG. 22, a Si film 130 is formed by sputtering on the exposed main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 and the TiN film 120.

次に、図23に示されるように、TiN膜120を介した絶縁膜20の上面20aの上に形成されたSi膜130を除去する。この際、コンタクトホール21の近傍においては、TiN膜120を介した絶縁膜20の上面20aの上に、Si膜130の一部が残存していてもよい。これにより、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bを覆うSi膜130が残る。23, the Si film 130 formed on the upper surface 20a of the insulating film 20 via the TiN film 120 is removed. At this time, in the vicinity of the contact hole 21, a part of the Si film 130 may remain on the upper surface 20a of the insulating film 20 via the TiN film 120. As a result, the Si film 130 covering the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21 remains.

次に、図24に示されるように、TiN膜120及びSi膜130の上に、Ni膜140をスパッタリングにより形成する。Next, as shown in FIG. 24, a Ni film 140 is formed on the TiN film 120 and the Si film 130 by sputtering.

次に、図25に示されるように、300℃~400℃、例えば、約350℃の温度で第1の熱処理を行う。これにより、Si膜130のSiと、Si膜130の上のNi膜140のNiとにより、ニッケルシリサイドの反応前駆体層141が形成される。尚、TiN膜120の上のNi膜140がシリサイド化することはない。25, a first heat treatment is performed at a temperature of 300°C to 400°C, for example, about 350°C. As a result, a nickel silicide reaction precursor layer 141 is formed by the Si of the Si film 130 and the Ni of the Ni film 140 on the Si film 130. Note that the Ni film 140 on the TiN film 120 is not silicided.

次に、図26に示されるように、ウェットエッチングにより未反応のNi膜140を除去する。これにより、コンタクトホール21の底面21a及び側面21bには、反応前駆体層141が残る。26, the unreacted Ni film 140 is removed by wet etching. This leaves a reaction precursor layer 141 on the bottom surface 21a and side surface 21b of the contact hole 21.

次に、図27に示されるように、約1000℃の温度で第2の熱処理を行うことにより、反応前駆体層141により、電極層142が形成される。電極層142は、炭化珪素基板10の主面10aとオーミック接触するオーミック領域142aを含む。オーミック領域142aを形成する際に、炭化珪素基板10より供給されるSiは僅かであるため、電極層142の表面にCが析出することは殆どない。よって、電極層142の上にAl等の配線層を形成しても、配線層が電極層142の表面より剥がれることはない。尚、配線層は、TiNとAlとを順で積層した膜であってもよい。27, a second heat treatment is performed at a temperature of about 1000°C to form an electrode layer 142 from the reaction precursor layer 141. The electrode layer 142 includes an ohmic region 142a that is in ohmic contact with the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10. When forming the ohmic region 142a, only a small amount of Si is supplied from the silicon carbide substrate 10, so there is almost no precipitation of C on the surface of the electrode layer 142. Therefore, even if a wiring layer such as Al is formed on the electrode layer 142, the wiring layer will not peel off from the surface of the electrode layer 142. The wiring layer may be a film in which TiN and Al are laminated in order.

(変形例)
本変形例では、上記の図21に示す工程において、図28に示すように、TiN膜120をコンタクトホール21の側面21bにのみに形成してもよい。この後、図29に示すように、TiN膜120、コンタクトホール21の底面21a及び絶縁膜20を覆うSi膜130をスパッタリングにより形成する。この後、図30に示すように、コンタクトホール21の底面21aよりも狭い領域のSi膜130の上に、レジストパターン153を形成し、レジストパターン153の形成されていない領域のSi膜130を除去する。この後、上記と同様の工程(ステップS5~S9)を行うことにより、図31に示されるように、コンタクトホール21の底面21aにおいて、第1の電極142bと第2の電極142cとが互いから離れて形成される。
(Modification)
In this modification, in the step shown in FIG. 21, the TiN film 120 may be formed only on the side surface 21b of the contact hole 21 as shown in FIG. 28. Thereafter, as shown in FIG. 29, a Si film 130 covering the TiN film 120, the bottom surface 21a of the contact hole 21, and the insulating film 20 is formed by sputtering. Thereafter, as shown in FIG. 30, a resist pattern 153 is formed on the Si film 130 in an area narrower than the bottom surface 21a of the contact hole 21, and the Si film 130 in an area where the resist pattern 153 is not formed is removed. Thereafter, by performing the same steps as above (steps S5 to S9), the first electrode 142b and the second electrode 142c are formed apart from each other on the bottom surface 21a of the contact hole 21 as shown in FIG.

尚、上記以外の内容については、第1の本実施形態と同様である。 All other contents are the same as those of the first embodiment.

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

10 炭化珪素基板
10a 一方の主面
10b 他方の主面
11 第1のn層
12 第2のn層
13 pボディ層
14 nソース領域
18 p領域
20 絶縁膜
20a 上面
21 コンタクトホール
21a 底面
21b 側面
25 ゲート絶縁膜
30 TiN膜
30a 開口部
40 Ni膜
41 反応前駆体層
41a オーミック電極
70 配線層
71 ゲート電極
72 ドレイン電極
120 TiN膜
130 Si膜
140 Ni膜
141 反応前駆体層
142 電極層
142a オーミック領域
142b 第1の電極
142c 第2の電極
142d オーミック領域
151、152、153 レジストパターン
10 Silicon carbide substrate 10a One main surface 10b Other main surface 11 First n layer 12 Second n layer 13 P body layer 14 N source region 18 P region 20 Insulating film 20a Top surface 21 Contact hole 21a Bottom surface 21b Side surface 25 Gate insulating film 30 TiN film 30a Opening 40 Ni film 41 Reaction precursor layer 41a Ohmic electrode 70 Wiring layer 71 Gate electrode 72 Drain electrode 120 TiN film 130 Si film 140 Ni film 141 Reaction precursor layer 142 Electrode layer 142a Ohmic region 142b First electrode 142c Second electrode 142d Ohmic regions 151, 152, 153 Resist pattern

Claims (10)

炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板の一方の主面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールの底面において、前記炭化珪素基板の一方の主面を露出させる工程と、
前記コンタクトホールの底面の上にSi膜を形成する工程と、
前記Si膜の上にNi膜を形成する工程と、
前記Ni膜を形成する工程の後、NiとSiとが反応する第1の温度で第1の熱処理を行う工程と、
前記第1の熱処理の後、ウェットエッチングにより、前記Ni膜のうち前記Si膜と反応していない未反応部を除去する工程と、
前記未反応部を除去する工程の後、前記第1の温度よりも高い第2の温度で第2の熱処理を行う工程と、
を有する炭化珪素半導体装置の製造方法。
providing a silicon carbide substrate;
forming an insulating film on one main surface of the silicon carbide substrate;
forming a contact hole in the insulating film and exposing one main surface of the silicon carbide substrate at a bottom surface of the contact hole;
forming a Si film on a bottom surface of the contact hole;
forming a Ni film on the Si film;
After the step of forming the Ni film, a step of performing a first heat treatment at a first temperature at which Ni and Si react with each other;
removing an unreacted portion of the Ni film that has not reacted with the Si film by wet etching after the first heat treatment;
performing a second heat treatment at a second temperature higher than the first temperature after the step of removing the unreacted portion;
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having the above structure.
前記コンタクトホールの底面の上にSi膜を形成する工程は、
前記コンタクトホールの底面及び側面と、前記絶縁膜の上面とに第1Si膜を形成する工程と、
前記第1Si膜を形成する工程の後、少なくとも前記絶縁膜の上面の前記第1Si膜をドライエッチングにより除去する工程と、
を有する請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step of forming a Si film on a bottom surface of the contact hole includes:
forming a first Si film on a bottom surface and a side surface of the contact hole and on an upper surface of the insulating film;
removing the first Si film at least on the upper surface of the insulating film by dry etching after the step of forming the first Si film;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , comprising the steps of:
前記第1の温度は、200℃以上、400℃以下である請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the first temperature is 200°C or higher and 400°C or lower. 前記第2の温度は、800℃以上、1100℃以下である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second temperature is 800°C or higher and 1100°C or lower. 前記コンタクトホールの底面における前記Si膜の膜厚は、5nm以上、100nm以下である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the Si film at the bottom of the contact hole is 5 nm or more and 100 nm or less. 前記コンタクトホールの底面における前記Ni膜の膜厚は、5nm以上、100nm以下である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the Ni film at the bottom surface of the contact hole is 5 nm or more and 100 nm or less. 前記Si膜は、前記コンタクトホールの側面にも形成されている請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the Si film is also formed on the side surface of the contact hole. 前記Si膜の上に前記Ni膜が形成された状態の前記コンタクトホールの底面において、前記Si膜に含まれる厚さ方向に積算される単位面積当たりのSi原子の数をNSi、前記Ni膜に含まれる厚さ方向に積算される単位面積当たりのNi原子の数をNNiとしたとき、NNi≧NSi/2の関係が成り立つ請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 8. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein, at a bottom surface of the contact hole with the Ni film formed on the Si film, when the number of Si atoms per unit area contained in the Si film accumulated in the thickness direction is N Si and the number of Ni atoms contained in the Ni film accumulated in the thickness direction is N Ni ≧ N Si /2 holds. 主面を有する炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の主面上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールの底面の一部に設けられ、前記炭化珪素基板と接触している第1の電極と、
前記コンタクトホールの側面に、前記第1の電極から離れて設けられた第2の電極と、
を有し、
前記第1の電極は、SiとNiとを含み、前記炭化珪素基板とオーミックコンタクトしている炭化珪素半導体装置。
a silicon carbide substrate having a main surface;
an insulating film provided on a main surface of the silicon carbide substrate;
a contact hole provided in the insulating film;
a first electrode provided on a part of a bottom surface of the contact hole and in contact with the silicon carbide substrate;
a second electrode provided on a side surface of the contact hole and spaced apart from the first electrode;
having
The first electrode contains Si and Ni and is in ohmic contact with the silicon carbide substrate.
前記コンタクトホールの底面において、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離は、0.1μm以上、1μm以下である請求項9に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 9, wherein the distance between the first electrode and the second electrode at the bottom surface of the contact hole is 0.1 μm or more and 1 μm or less.
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